Outras Iniciativas para o Acesso sem Fios - eletrica.ufpr.br · Estruturas e acidentes topográficos podem criar áreas de sobra, onde um determinado canal de TV poderia ser falsamente

12/4/2008

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Outras Iniciativas para o Acesso sem Fios

Ewaldo Luiz de Mattos MehlUniversidade Federal do Paraná

TE155-Redes de Acesso sem Fios

Departamento de Engenharia Elé[email protected]

Outras Iniciativas para o Acesso sem Fios


• WiBro• WRAN (IEEE 802 22)• WRAN (IEEE 802.22)• Bluetooth• ZigBee (IEEE 802.15.4)• Ultra-Wideband (UWB) & Wireless USB• Wireless HD (High Definition)Wireless HD (High Definition) • Radio Frequency Identification (RFID)

Standards Activities Board

Grupos de Trabalho IEEE 802TE155-Redes de Acesso sem Fios

802.3CSMA/CDEthernet

1-100 Mbps

802.5Token

Passing Ring

802.11Wireless

WLAN

802.15WirelessPersonal

Area Networks

802.19Co-existence

TAG

SponsorIEEE 802

Local and Metropolitan Area Networks(LMSC)

Sponsor Sponsor Sponsor

802.17ResilientPacketRing

802.21Media

IndependentHandoff

802.1HigherLayerLAN

Protocols

802.20Mobile

BroadbandWirelessAccess

802.18Radio

RegulatoryTAG

802.16BroadbandWireless

Broadband Access

802.22WirelessRegional

AreaNetworks

Grupos que trabalham comredes cabeadas

Grupos de Trabalho IEEE 802TE155-Redes de Acesso sem Fios

Standards Activities Board

802.3CSMA/CDEthernet

1-100 Mbps

802.5Token

Passing Ring

802.11Wireless

WLAN

802.15WirelessPersonal

Area Networks

802.19Co-existence

TAG

SponsorIEEE 802

Local and Metropolitan Area Networks(LMSC)

Sponsor Sponsor Sponsor

802.17ResilientPacketRing

802.21Media

IndependentHandoff

802.1HigherLayerLAN

Protocols

802.20Mobile

BroadbandWirelessAccess

802.18Radio

RegulatoryTAG

802.16BroadbandWireless

Broadband Access

802.22WirelessRegional

AreaNetworks

Grupos que trabalham comredes sem fios

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Grupos de Trabalho IEEE 802IEEE802


802.11WLAN

802.15WPAN

802.16WMAN

802.11b11 Mbit/s

802.15.1Bluetooth

802.16dFixed

…802.20WMANMobile

802.22WRAN802.22.1Enhanced

Part 74protection

802.18Regulatory

Matters

802.11g54 Mbit/s

…

802.15.3High rate

802.11n100 Mbit/s

…

802.16eMobile 802.22.2

RecommendedPractice802.11j

Relay

…

802.15.4Zigbee

Wi-Fi Wi-MAX

IEEE 802.22 - WRAN• WRAN: Wireless Regional Area Network


• Regiões com baixa densidade populacional(10 a 100 hab/km2) tem grande dificuldadepara acesso à Internet

• Grupo IEEE 802.22 criado em 2004

P t tili ã d i li d TV• Proposta: utilização de canais livres de TVem VHF e UHF (entre 54 MHz e 862 MHz) para acesso à Internet em áreas rurais.

IEEE 802.22 - WRANTE155-Redes de Acesso sem Fios

Exemplo: Espectro de ocupação de canais de TV em um local próximoda cidade de Seattle nos EUA.

FREQ VISUAL AURAL ERP ANTCH CALL CITY STATE AZIMUTH DISTANCE OFFSET FREQ FREQ KW HAAT4 KOMO-TV SEATTLE WA 251 12 Zero 67.25 71.75 100 2,3595 KING-TV SEATTLE WA 250 12 + 77.26 81.76 100 1,6507 KIRO-TV SEATTLE WA 251 12 Zero 175.25 179.75 316 1,8049 KCTS-TV SEATTLE WA 241 11 Zero 187.25 191.75 316 1,09611 KSTW TACOMA WA 241 11 + 199.26 203.76 316 78416 KONG-TV EVERETT WA 250 12 - 483.24 487.74 5000 82022 KTWB-TV SEATTLE WA 241 11 + 519.26 523.76 5000 88933 KWPX BELLEVUE WA 153 14 + 585.26 589.76 3720 2,00145 KHCV SEATTLE WA 153 14 + 657.26 661.76 2000 1,61151 KWOG BELLEVUE WA 153 14 + 693.26 697.76 3800 76156 KWDK TACOMA WA 153 14 Zero 723.25 727.75 3980 2,280

25 de maio de 2004:

TE155-Redes de Acesso sem FiosIEEE 802.22 - WRAN

O FCC dos EUA divulgou uma proposta(Proposed Rulemaking) de permitir ouso de permitir o uso de canais não-licenciados de TV em áreas onde estescanais não estejam sendo usados.j

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Voltada para Acesso Fixo.Limite de Potência no Cliente: 1 W


Limite de ganho da antena: 6 dBiRegistro obrigatório em um provedor de serviços.Geo-localização: GPS ou instalação profissional.p o ss o aSerá necessário a transmissão de um identificador único para cada cliente.Spectrum sensing: busca de canais livres.

1 W + antena de 6 dBi = 4 W EIRP.Somente permitirá acesso ponto-para-multiponto (uma estação base + diversos clientes)


estação base + diversos clientes).A estação-base determinará as características da rede em função do número de clientes conectados a cada instante.A estação-base será instalada e mantida por um provedor licenciado pelo órgão regulatório.As antenas dos clientes (Customer Premise Equipment –CPE – antenna) instalada no mínimo 10m acima do solo.)Cada CPE não irá transmitir se não estiver associada a uma estação base.A estação-base manterá uma base de dados de clientes cadastrados e se adaptará automaticamente à disponibilidade de canais da região.

IEEE 802 22

RAN “Regional Area Network”

WRAM e outras Redes IEEE

30 100 k


IEEE 802.2230-100 km

54 - 862 MHz

(Teste realizado com uma antena localizada a 22.1 m acima do solo em uma região rural a oeste da cidade de Ottawa, no Canada)

Disponibilidade de espectro abaixo de 1 GHz

Low UHF


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4

90

100

Groundh

Antennaaperture

Estudo da Freqüência ótima para acesso sem visada direta


Reducedrefraction

Dopplerspread

40

50

60

70

80

com

plex

ity/c

ost (

%)

Industriali

Ionosphericreflection

Foliageabsorption

%bandwidth

wave reach

Filterselectivity

Phasenoise

0

10

20

30

.03 0.1 1 50.3 3Frequency (GHz)

Rel

ativ

e

Cosmicnoise

noise

Rain fade

Outdoor/indoorattenuation

NoiseFigure

WRAN:

MACLong round-trip


Long round-trip delays

QPSK

16-QAM64-QAM

PHYAdaptive

modulationmodulation

Proposta de CPE (Customer Premise Equipment ) baseado em sintonizadores UHF para TV

Entrada


Entrada de RF

Conector RJ45 Ethernet p/ o computador

Saída de RF

Fonte de alimentação

WRAN: Taxas de Transmissão e Cobertura Previstas

Typical WRAN service model RF channel bandwidth 6 MHz Typical spectrum efficiency 3 bit/(s*Hz)


Typical spectrum efficiency 3 bit/(s Hz)Channel capacity 18 Mbit/s Per subscriber capacity (forward) 1.5 Mbit/s (peak min.) Per subscriber capacity (return) 384 kbit/s (peak min.) Over-subscription ratio 50:1 Subscribers per forward channel 600

Minimum viable operation Minimum number of subscribers 90 Initial penetration 5 %

Potential full penetrationPotential full penetrationPotential number of subscribers 1,800 Number of person per household 2.5 Population per coverage area 4500

Type of operation USA Other? WRAN base station EIRP limit 4 Watts 100 Watts (?) WRAN user terminal EIRP limit 4 Watts 4 Watts (?) Coverage radius 16.7 km 30.7 km Minimum population density 5.1 person/km2 1.5 person/km2

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5

(%) 80

90

100

www.crc.cawww.crc.ca

Perspectiva de usuários (EUA e Canada)

Optical fiber

Cable modem

ADSLMW wireless

b

Rel

ativ

e co

mpl

exity

/cos

t

Subu

rban

Urb

an

Den

se u

rban

Rur

al

Spar

sely

pop

ulat

ed

20

30

40

50

60

70

Satellite

802.22 WRAN

0 8 M

1.2 M

1.6 M

2.0 M

r den

sity

bin

(Mill

ion)

Population density (per km2)

0

10

20

0.1 1 10 100 1,000 10,000 100,000

0.4 M

0.8 M

0.0 M Popu

latio

n pe

r

Satellite WRAN100 W Base Station4 W User terminal

ADSL, Cable, ISM and UNII Wireless and Optical Fiber4 W Base Station

FCC Definition of ‘Rural’

Interferência com TV Digital (DTV)?

<= DTV <= WRAN


Saturação do receptor de DTV pela transmissão WRAN => será necessário controlar a potência transmitida!

DTV station

Proposta do IEEE 802.22:

Base station power: 4 W (USA)Antenna height: 75 m

BS keep-out distance:Co-channel: 31 km

Adjacent channel: 1 km


30 km23 km

15 km

QPSK

16-QAM64-QAM

Antenna height: 75 mCPE keep-out distance:

Co-channel: 3 kmAdjacent channel: 70 m

Max throughput per 6 MHz:4.2 Mbit/s downstream

384 kbit/s upstream

Max throughput per 6 MHz:23 Mbit/s

Minimum service availability:location= 50%time= 99.9%

User terminal (CPE) power: 4 Wantenna height: 10 m

“Rádios Inteligentes”Cognitive Radios

Permitem o compartilhamento do espectro


p peletromagnético.

Os rádios adaptam-se ao espectroeletromagnético disponível em tempo real ede acordo com as condições do local deoperação..

Possibilitam o uso flexível e eficiente doespectro eletromagnético.

Reduzem o risco de interferências danosasaos usuários e serviços já estabelecidos.

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Implantação de “Radios Inteligentes” Cognitive radios

1. Cadastro em Banco de Dados + Geo-


Localização: Determinará se o dispositivo podeoperar naquele local.

2. Sinal de Controle: Receberá um sinal de controleoriundo de uma estação licenciada, indicando quaiscanais estão livres ou ocupados na região.

3. Sensibilidade ao Espectro: O dispositivo faráp puma varredura de uma faixa do espectroeletromagnético para determinar quais canais de TVestão em uso.

1- Problemas associados à proposta de Banco de Dados e Geo-Localização

O registro no Banco de Dados pode ter falhas.


g p

A atualização do Banco de Dados serácomplicada, pois o ambiente estará sofrendomudanças constantes.

Aparelhos de GPS não operam adequadamenteem locais abrigados (a antena do CPE deveráobrigatoriamente ser externa!)obrigatoriamente ser externa!).

Proposta de Solução: O Banco de Dados e a geo-localização terão que ser complemenadas comtécnicas de varredura do espectro e verificaçãode quais canais estão livres.

2- Problemas associados à Técnica de Controle de Sinal

Superposição de Sinais de Controle provenientes


p p ç pde diferentes fontes pode causar falhas nosistema e impedir a transmissão.

Não há justificativa para que as estações de TVjá licenciadas enviem um sinal de controle paraum sistema não–licenciado.

Solução Proposta: o sinal de controle terá queSolução Proposta: o sinal de controle terá queser emitido pela estação-base, operada peloprovedor de acesso.

3- Problemas com a Técnica de Rastreamento do Espectro

O “ambiente eletromagnético” muda


gconstantemente e é afetado por: - sinais refletidos- atenuação atmosférica- obstáculos móveis

Estruturas e acidentes topográficos podem criaráreas de sobra, onde um determinado canal de TV,poderia ser falsamente detectado como disponível.

Solução Proposta: bloqueio de emissões realizadaspor CPEs localizadas em regiões “proibidas” ou emcanais não disponíveis.

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Cronograma IEEE 802.22TE155-Redes de Acesso sem Fios

Janeiro 2008:Té i d t ã d t t d IEEETérmino da votação do texto da norma IEEE

802.22. (versão final)

Primeiro semestre de 2008:Publicação da versão final da norma IEEE

802.22.

2009:Previsão de montagem dos primeiros sistemas

comerciais (EUA e Canadá).

ConclusõesA utilização de canais livres de TV parece ser uma boa alternativa para acesso à Internet


pem áreas rurais.

É necessário garantir as transmissões das emissoras já licenciadas.

A tecnologia proposta pelo grupo IEEE 802.22 tem diversos problemas práticos a p pserem superados, obrigando o uso de cognitive radios.A interferência com sinais de TV digital só foi estudada por enquanto com o sistema norte-americano (DTV).

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